Nghiên cứu khảo sát và định hướng chế tạo dung dịch bảo quản thế hệ mới cho vũ khí trang bị kỹ thuật - Nguyễn Thị Hương

Hóa học & Môi trường N. T. Hương, , P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng trang bị kỹ thuật.” 46 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO DUNG DỊCH BẢO QUẢN THẾ HỆ MỚI CHO VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT Nguyễn Thị Hương*, Võ Hoàng Phương, Nguyễn Việt Hưng, Nguyễn Đình Dương, Nguyễn Ngọc Sơn, Phạm Tuấn Anh Tóm tắt: Thành phần dung dịch bảo quản của Trung Quốc, ứng dụng bảo quản vũ khí trang bị được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích công cụ và các phương pháp phân tích hóa học. Kết quả nghiên cứu đã xác định dung dịch này được chế tạo trên cơ sở dầu thực vật biến tính và dầu sulfonat bari (20 % về khối lượng) trong 80 % của xăng dung môi. Từ kết quả nghiên cứ thu được đã đề xuất quy trình chế tạo dung dịch, qua đó nhằm góp phần chế tạo các vật liệu ứng dụng trong bảo quản VKTBKT của quân đội. Từ khóa: Dầu thực vật; Dầu sulfonat; Phân tích vật liệu. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, một trong những phương pháp bảo quản sẵn sàng chiến đấu được sử dụng nhiều nhất là các chất ức chế ăn mòn hóa hơi, chúng thường dùng để bảo vệ khỏi gỉ khí quyển và gỉ vi khuẩn cho các sản phẩm bằng thép, nhôm và các hợp kim của nhôm,... Các chất này thường ở dạng bột tan tốt trong một số loại dung môi như nước, etanol, axeton, Thông thường các chất ức chế ăn mòn này, được sử dụng trong bảo quản bằng hai phương pháp: chất ức chế sử dụng dạng bột, viên được rắc vào thiết bị thăng hoa để thu được khí ức chế hoặc là sử dụng dạng dung dịch (chất ức chế hòa tan trong dung môi) để phun lên các bề mặt bảo vệ hoặc để tẩm lên các chất mang như giấy, vật liệu xốp. Trong những năm gần đây các nước Mỹ, Nga, Trung Quốc đã phát triển thành công dung dịch bảo quản thế hệ mới sử dụng để bảo quản cho nòng pháo phòng không và vũ khí bộ binh phục vụ sẵn sàng chiến đấu. Qua kết quả khảo sát sơ bộ mẫu dung dịch của Trung Quốc và quá trình tổng quan tài liệu cho thấy dung dịch này là dung dịch ức chế ăn mòn được chế tạo trên cơ sở dầu sunfant bari, dầu thực vật biến tính tạo màng bán khô và các phụ gia hữu cơ có hàm tro thấp. Hiện nay, dầu thực vật biến tính để tạo thành các màng khô, bán khô ứng dụng trong bảo quản kim loại được quan tâm nghiên cứu do chúng được đánh giá là một màng phủ thân thiện môi trường và có khả năng ức chế ăn mòn cao [1-3]. Bài báo đưa ra kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật và thành phần chính của mẫu Trung Quốc, xây dựng đơn pha chế dung dịch ức ăn mòn cho VKTBKT trên cơ sở nền thép. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hoá chất - thiết bị 2.1.1. Hoá chất - Hóa chất phân tích: dung môi (etanol, n-hexan, xăng dung môi,), H2SO4, NaOH, có độ tinh khiết PA. - Hóa chất công nghiệp: dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu sunfonat bari, chất hoạt động bề mặt không ion. - Dung dịch bảo quản cho VKTB của Trung Quốc (MTQ) do Quân chủng Phòng không - Không quân cung cấp. 2.1.2. Thiết bị - Các thiết bị phân tích công cụ: phổ hồng ngoại FTIR (Nicolet Impact 410 Mỹ), SEM-EDX (JED - 2300 hãng JEOL Nhật Bản), thiết bị phân tích nhiệt (NETZSCHA 409 PC/PG - Đức). - Thiết bị sắc kí khí khối phổ (GC-MS) - 6890 của hãng Aglient technologies - Mỹ; cột Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 47 mao quản DP - 1701P, kích thước: 30 m × 0,32 mm × 0,25 µm; Detector: khối phổ 5973N, khí mang He. - Hệ thống cất quay và các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong tổng hợp hữu cơ. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Tiến hành khảo sát mẫu vật liệu của Trung Quốc được thực hiện thông qua các phương pháp phân tích công cụ và phân tích hóa học. Tiến trình phân tích được thực hiện theo các bước sau: - Bước 1: Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật chính của dung dịch. - Bước 2: Chiết, tách phần dung môi (bằng phương pháp chung cất): từ đó xác định bản chất của phần dung môi và định tính phần chất tan có trong hệ dung dịch. - Bước 3: Xác dịnh thành phần tro của mẫu chất tan sua khi nung. - Bước 4: Đánh giá kết quả phân tích từ đó đề xuất quy trình chế tạo hệ dung dịch bảo quản sẵn sàng chiến đấu có tính năng kỹ thuật tương đương với sản phẩm của Trung Quốc. Hình 1 là mô hình sơ đồ phân tích xác định thành phần chính của dung dịch bảo quản. Hình 1. Sơ đồ phân tích xác định thành phần chính của mẫu MTQ. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xác dịnh một số chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch bảo quản nghiên cứu Mẫu dung dịch bảo quản của Trung Quốc (MTQ) có dạng lỏng, sánh, màu nâu sáng đến nâu sẫm. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của mẫu được xác định theo các TCVN và tiêu chuẩn ASTM hiện hành, kết quả được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu MTQ. STT Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả 1 Dạng ngoài - Chất lỏng, nhớt, mầu nâu đến nâu sẫm 2 Độ nhớt động học, 40 oC, cSt TCVN 3171:2011 12 3 Hàm lượng tro, % TCVN 2690:2011 0,24 3 Hàm lượng nước, % TCVN 2692:2007 Không có 4 Hàm lượng axit tự do, mg TCVN 2695:2000 0,4 Hóa học & Môi trường N. T. Hương, , P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng trang bị kỹ thuật.” 48 KOH/g 5 Ăn mòn tấm đồng TCVN 8359:2010 Hợp cách 6 Thử nghiệm môi trường (Phương pháp thử mù muối) TCVN 8792:2011 07 chu kỳ 3.2. Kết quả xác định định tính mẫu dung dịch bảo quản 3.2.1. Xác định hàm lượng, thành phần dung môi Mẫu được chưng cất để thu phần dung môi, kết quả thu được cho hàm lượng chất tan: 20 %; hàm lượng dung môi: 80 %. Thành phần của dung môi được xác định bằng phương pháp GC-MS, kết quả phổ GC-MS được trình bày trong hình 2. Hình 2. Phổ GC-MS dung môi hòa tan của mẫu MTQ. Từ kết quả đo phổ GC-MS tại hình 2, tính toán được thành phần chính có trong dung môi nghiên cứu được trình bày trên bảng 2. Kết quả xác định thành phần của dung môi tại bảng 2 cho thấy, thành phần dung môi gồm các hydrocacbon với số cacbon trong khoảng từ 6 đến 20, tuy nhiên phần trăm thành phần hydrocacbon có từ 8 đến 10 cacbon chiếm lớn nhất. Điều đó chứng tỏ dung môi pha có thành phần tương tự như xăng dung môi và được sử dụng làm dung môi hòa tan trong hệ dung dịch nghiên cứu. Bảng 2. Các thành phần chính có trong dung môi. TT Thời gian lưu (phút) Tên, công thức của hợp chất hữu cơ TT Thời gian lưu (phút) Tên, công thức của hợp chất hữu cơ 1 2,258 Octan, C8H18 10 3,923 Nonan, C9H20 2 2,361 Cyclohexan, C6H12 11 4,355 Bicyclo[3.3.1] nonan, C9H16 3 2,449 Cyclohexan, C6H12 12 4,558 Cyclohexan, C6H12 4 2,538 1-etyl-3- methylcyclohexan, C9H18 13 4,968 Decan, C10H22 5 2,709 Nonan, C9H20 14 5,121 1-heptadecen, C17H34 6 3,023 9-ecosyn, C20H38 15 5,206 Nonan, C9H20 7 3,215 Cyclohexan, C6H12 16 5,387 Cyclohexan, C6H12 8 3,282 Octan, C8H18 17 5,850 Naphthalen, C10H8 9 3,411 Heptan, C7H16 18 7,110 Undecan, C11H24 10 3,923 Nonan, C9H20 19 7,600 Naphthalen, C10H8 3.2.2. Xác định đặc trưng của phần chất tan Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 49 Thành phần các nguyên tố của chất tan (MCT) thu được sau quá trình chưng cất được đánh gia bằng phương pháp phổ EDX của lớp màng trên nền thép và thành phần của mẫu tro thu được sau khi nung. Mẫu dùng để phân tích phổ EDX với kích thước (1 cm × 1cm × 0,1 cm), mẫu được nhúng dung dịch bảo quản 24 giờ, sấy 120 oC trong 3 giờ và mẫu tro của chất tan. Hình 3 là phổ EDX của các mẫu nghiên cứu. (a) (b) Hình 3. Phổ EDX của lớp màng phủ trên nền thép (a), mẫu tro (b). Từ kết quả tại hình 3 cho thấy, thành phần của màng và thành phần của mẫu tro có chứa các nguyên tố chính theo phần trăm khối lượng chủ yếu được cho trong bảng 3. Theo các kết quả nghiên cứu, đối với hệ dung dịch ức chế bảo vệ ăn mòn tan trong dầu với hàm lượng bari có trong màng khá cao (9÷11%) và mẫu tro (80%), chứng tỏ thành phần chính của màng có chứa dầu mỏ sulfonat bari [4, 5]. Bảng 3. Thành phần của lớp màng và mẫu tro. Hình 4. Phổ X-ray của mẫu tro. Thành phần Tên mẫu C (%) O (%) S (%) Na (%) Ba (%) Màng phủ 86,00 2,59 1,74 0,34 9,33 Mẫu tro 3,61 10,70 4,20 3,58 77,91 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 005 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 C o u n ts C O Na S S Ba Ba Ba Ba Ba Ba 0.00 0.80 1.60 2.40 3.20 4.00 4.80 5.60 6.40 7.20 keV 001 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 C o u n ts C O Na S S Ba Ba Ba Ba Ba Ba Hóa học & Môi trường N. T. Hương, , P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng trang bị kỹ thuật.” 50 Để xác định rõ hơn về bản chất của chất tạo màng trong thành phần của dung dịch nghiên cứu, tiến hành xác định phổ x-ray của mẫu tro, xác định thành phần bằng phương pháp phân tích nhiệt trong dải nhiệt độ 20 ÷ 800 oC, trong môi trường không khí và phổ IR của mẫu chất tan. Phổ X-ray mẫu tro tại hình 4 cho thành phần chính thu được sau khi nung 700oC trong 3 giờ, trong không khí gồm BaSO4 và BaCO3. Kết quả thu được phù hợp với kết quả đo EDX của mẫu tro. Hình 5. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu chất tan. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu chất tan (hình 5) cho thấy, có sự xuất hiện các pic tại 128,3; 307,4 và 445,1 oC đó lần lượt là các pic đặc trưng cho quá trình mất đi của dung môi và các pic đặc trưng cho phân hủy của các nhóm amit, các nhóm alkyl [6]. Hình 6. Phổ IR của mẫu chất tan (MCT). Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 51 Trong phổ hồng ngoại của mẫu chất tan (hình 6) có sự xuất hiện các pic tại số sóng 3407, 2924 và 2855 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết OH, dao động bất đối xứng và đối xứng của liên kết C-H (CH2) có trong mẫu. Các pic tại số sóng 1717, 1563 và 1461 cm-1 lần lượt là dao động của các liên kết C=O của este, amit và C-N, 1051 cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm –C-O-C-. Ngoài ra, các pic tại số sóng trong vùng 1461-1563 cm- 1, 722 cm-1 cho thấy có sự dao động của vòng thơm có trong mẫu nghiên cứu. Khi so sánh kết quả phổ IR thu được cho thấy tương đồng với các kết quả nghiên cứu phổ hồng ngoại của các hợp chất PEA được tổng hợp từ amit của axit béo có chứa nhóm hydroxy [6-7]. 3.3. Đề xuất đơn pha chế dung dịch Căn cứ vào các kết quả phân tích tính năng kỹ thuật và thành phần của mẫu dung dịch của Trung Quốc và tổng quan về các tài liệu, phương pháp chế tạo đối với các hệ dung dịch ức chế ăn mòn kim loại đen, kim loại màu trong dầu. Dung dịch ức chế ăn mòn của Trung Quốc được chế tạo trên cơ sở dầu sufonat bari và polyamit/amin của dầu thực vật hòa tan trong xăng dung môi, theo cơ chế tạo màng bán khô trên nền kim loại. Ngoài ra, chất hoạt động bề mặt không ion được bổ sung như loại phụ gia làm tăng khả năng tương tác của các thành phần chất tan. Bảng 4 là thành phần dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép. Bảng 4. Thành phần dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép. STT Thành phần Tỷ lệ % về khối lượng 1 Xăng dung môi 80-85 2 Dầu sunfonat bari 12-15 3 Polyamit/amin của dầu thực vật 3-6 4 Chất hoạt động bề mặt không ion 1-3 4. KẾT LUẬN Kết quả nghiên cứu, khảo sát, phân tích đã xác định được thành phần cơ bản của hệ dung dịch ức chế ăn mòn, ứng dụng trong bảo quản vũ khí trang bị kỹ thuật. Dung dịch có hai thành phần chính là dung môi chiếm 80 % và hợp phần chất tan chiếm 20 % (dầu sunfonat bari - polyamit/amin của dầu thực vật). Hệ dung dịch có khả năng tạo màng bán khô trên nền kim loại, hợp kim, trên cơ sở các kết quả phân tích đạt được đã đề xuất đơn pha chế dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép, đáp ứng được yêu cầu ứng dụng trong bảo quả VKTBKT. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Manawwer alam, Deewa Akram, Eram Sharmin, Fahmina Zafar, Sharif Ahmad, “Vegetable oil based eco-friendly coating materials”, Arabian journal of Chemistry, 1-11, 2014. DOI.10.1016/j.arabjc.2013.12.023. [2]. Eram Sharmin, “Recent advances in vegetable oils based environment friendly coatings”, Industrial crops and products, Vol. 76 (2015), pp. 215-229. [3]. Gobinda Karmakar, Pranab Ghosh, Brajendra K.Sharma “Chemically modifying vegetable oils to prepare green lubricants”, Lubricants, 5, 44, 2017. [4]. Lawrence V. Gallacher, “Thermally stable sulfonate compositions”, patent mumber 4.895.674 (1990). [5]. L.A. Bryan, “Preparation of barium sulfonates” patent mumber 3.031.497 (1962). Hóa học & Môi trường N. T. Hương, , P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng trang bị kỹ thuật.” 52 [6]. Manawwer Alam, Naser M.Alandis, Naushad Ahmad, Mohammad Asif Alam, “Corrosion protection of carbon steel by pongamia glabra oil-based polyetheramide coatings”, In. J. Electrochem. Sci, Vol. 13 (2018), pp. 3124-3135. [7]. Fahmina Zafar, Eram Sharmin, S.M. Ashraf, Sharif Ahmad, “Ambient cured polyesteramide-based anticorrosive coatings from linseed oil-A sustainable resource”, Journal of applied polymer sicence, Vol. 97 (2005), pp. 1818-1824. ABSTRACT RESEARCHING AND PROPOSING THE MANUFACTURE TECHNOLOGY OF SOLUTION IN MAINTAINING THE WEAPONS - EQUIMENT The composition of corrosion inhibitor solution used in protective coatings steel was determined by the instrumental analysis GC-MS, EDX, TG-DTA, IR methods. The results of analysis shows that the corrosion inhibitor solution is made on the basis of gasoline solvent, polyamide/amine of vegetable oil and petroleum sulfonate barium, Based on the resuls obtianed, manufacturing technology of corrosion inhibitor solution for weapons equiment was proposed. Keywords: Vegetable oil; Petroleum sulfonate barium; Analysis of materials. Nhận bài ngày 20 tháng 02 năm 2018 Hoàn thiện ngày 15 tháng 03 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 04 năm 2018 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. *Email: nguyenhuong0916@gmail.com.